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镁时代
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镁合金的腐蚀与防护

 

1  镁的性质

    镁元素符号Mg,原子序数为12,电子结构为,标准电极电位很负(-2.36V),较易失电子而发生氧化反应,从而导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差,在腐蚀性介质中很容易发生严重的腐蚀。镁合金自然形成的氧化膜疏松多孔,以MgOMg2+为主要成份的膜的致密度系数为0.8左右(<1),对基体的保护能力较差,不适用于大多数的腐蚀性环境。

2  镁合金的腐蚀方式

镁合金的腐蚀方式通常有两种情况:一是在一般环境中的腐蚀,称一般腐蚀环境腐蚀,也称化学腐蚀,二是在原电池环境下产生的电化学腐蚀

暴露在干燥的空气中时镁合金表面会形成一层很薄的膜,这层膜在没水接触的情况下很稳定,此时就不会发生腐蚀现象。但在实际操作环境中可能会与水或水气接触,这时就会导致膜(表面)的颜色变深(从浅灰到深灰)。如果进一步暴露在液态水和空气中,就会继续跟空气中的CO2H2O反应生成碳酸盐,使这层膜变厚。一般情况下这层膜足够稳定,具有一定的保护性,此时不需要作任何处理亦可使用。例如汽车自动(刹车)闸外壳,就不需要外加保护措施。

当使用高纯度AZ91D时,也不需要保护措施。即使车与路面溅起的水接触,也不需要保护,因为这层膜在中性、碱性(或一般条件下)比较稳定,具有保护作用。

但是,如果在设计上存在有水进入(或残留)的问题,或者在使用过程中遇到含盐的环境(如海水),就会形成一个微电池环境,产生较为严重的电化学腐蚀,包括在中性、碱性环境中都会产生类似的腐蚀。此时就需要一个良好的表面处理保护措施。

3  镁合金的腐蚀形态

    镁合金的腐蚀形态主要有以下几种:

(一)、电偶腐蚀:这是镁合金最易发生的一种腐蚀形态,镁基体与阴极相邻的局部区域通常会发生严重的腐蚀。

(二)、点蚀:在含有Cl的非氧化性介质中,镁合金在自腐蚀电位下容易发生点蚀;在中性或碱性介质中,镁合金的腐蚀形态通常也是点蚀。

(三)、应力腐蚀:在含有Cl的中性溶液甚至蒸馏水中,镁合金都有腐蚀开裂的倾向;在碱性介质中,当PH>10.2时,镁合金表现出良好的抗应力腐蚀的性能;在氟化物的溶液中,镁合金也有良好的抗应力腐蚀的性能。

(四)、晶间腐蚀:镁合金一般对晶间腐蚀不敏感,腐蚀不能够沿着晶界发展。

(五)、丝状腐蚀:在保护性有机涂层或阳极氧化膜下,由于腐蚀电池在镁合金基体表面的移动而产生丝状腐蚀。

4  镁合金与其它材料腐蚀性对比

20世纪80年代,镁合金材料开发取得了长足进展。人们发现FeNiCu等杂质元素以及FeMn的比例对镁合金耐蚀性的影响非常之大,为此开发了高纯度的新一代的压铸镁合金AZ91D等。高纯度镁合金的耐蚀性能提高了100倍,使其超出了其它与之竞争的材料,在不经保护的状态下即可满足大部分汽车应用的要求,甚至是暴露在冬季道路条件下。这一技术上的突破对后期压铸镁合金的发展至关重要,也是目前镁合金能够得到大量应用的重要原因。在耐盐雾腐蚀能力方面,大多数压铸镁合金牌号都已经超过了铝合金A380

5  镁合金腐蚀的防护技术

针对镁合金发生腐蚀的机理,目前镁合金腐蚀防护技术的研究工作主要集中在以下几个方面

5.1  零件设计

一个好的保护措施要从一个好的设计开始。这是一个系统工程,从腐蚀防护的角度出发,一个好的镁合金零件设计应考虑下列因素:  

(一)、不能让水或其它液体聚积在一起,使之形成原电池环境。

(二)、边角应设计成圆弧形,尖锐的边角会降低保护作用。

5.2 材料选择

产品设计中,各相邻零配件所用原材料的选择也是很重要的。既要保证其结构性功能不受影响,又要使两种材料间的电位差不大,方能保证不产生严重腐蚀现象。

另一个要注意的问题是,零件之间的连结件及连结介质的材料与防腐蚀处理工艺

也是要十分注意的问题。

下面列出了一些常用材料的电化学活性顺序(室温下,海水中),离镁越近则其与镁的相容性越好:

——镁合金——铝合金50003000011006000————铝合金2000————13%镀铬不锈钢(活性的)——18-8不镀钢(活性的)——————海军黄铜——镍(活性的)——铝铜合金——红铜,铜——镍(惰性的)——镍铜合金————18-8不锈钢(惰性的)——

5.3 冶金控制

冶金因素包括合金组元、杂质元素、相组成和微结构。

不同元素对镁合金的腐蚀性能影响不同,依据目前常用镁合金材料的合金组元,一般分为三类,如表一所示。通过合金元素对镁合金腐蚀速度影响的分析,通常将第三类元素的含量降低到临界值以下,采用提高纯度的方法来增加耐腐蚀性。

相组成对镁合金的腐蚀性能影响也很大,合金的加工工艺不同,相成份和含量不同,其影响机理也不同。如快速凝固可以改善材料的相成份和微观结构,使基体组织更加均匀,减少缺陷,抑制局部腐蚀。

另一方面,就是开发高耐蚀新型合金系统,以适应不同腐蚀性环境的影响。

5.4 表面处理

在冶金控制及新型合金开发取得重大进展之前,通过各种表面处理技术来控制镁合金的腐蚀,毫无疑问,这应是当前业界最重要的研究课题。

                    
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